عدسة الجاذبية

عدسة الجاذبية ترجح أن بعض عناقيد النجوم والمجرات عبارة عن صور بصرية تولدت من تأثير جاذبية نجوم كبيرة أو ثقوب سوداء وأطلق علي هذا التأثير عدسة الجاذبية Gravitational lens . توجد في الكون نجوم عظيمة الأحجام (حجم الشمس 100 مرة) و تعمل بفعل قوي جاذبيتها العالية التي تفوق شدة جاذبية الشمس ملايين المرات على انحناء الضوء المار بالقرب منها . فيكون تأثيرها علي الضوء القادم من خلفها سواء من نجوم عظمي أو مجرات سماوية أخرى . فينحني مسار الضوء حولة بطريقة انحنائه في عدسة ، وبذلك تظهر لنا على الأرض عدة من الأجرام السماوية الموجودة خلف الجرم الكبير أو ثقب أسود بتكاثروعادة ما تكون تلك الصور مختلة بعض الشيئ .

صورة لتأثير عدسة جاذبية إلتقطها تليسكوب هابل بالقرب من مجرةAbell-1689 وتبين صور للنجوم مقوسة .

انحناء الضوء بالقرب من جرم سماوي كبير . يسبب مجال جاذبية الجرم انحناء الفضاء حوله فيقوم بعمل عدسة ضوئية محدبة . بذلك تظهر للمشاهد العديد من النجوم والمجرات التي تقع خلف الجرم السماوي الكبير (ثقب أسود) بأعداد متكاثرة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 التأثير الهندسي لعدسة الجاذبية

لتوضيح التاثير الهندسي لهذه العدسة . نجدها عبارة عن نجم كبير (سوبر) له قوة جاذبية هائلة ووراءه منطقة أطلق عليها (ثاكر) قمع الصورة المتعددة Multiple-image funnel . وهي عبارة عن مساحة قمعية الشكل نشأت من النجم السوبر وتمتد إلي مالا نهاية . وزاوية قمة القمع هي الزاوية الكبري التي عندها الضوء ينحاز عن مساره بالقرب من سطح النجم السوبر بدرجة 30 –40 درجة أو أكثر . ويعتمد هذا القمع علي عدسة الجاذبية التي تولد صورتين أو أكثر لكل نجم في هذه المنطقة . منهما صورة سوف تبدو لنا قريبة جدا من هذا النجم السوبر . لأنها تتأثر بحقل جاذبيته والثانية لن تتأثر بحقل هذه الجاذبية مما يجعلها تري بعيدا عن النجم في مكان آخر بالقمع .ونجد أن نجوما كثيرة تقع داخل نطاق قمع صورتي نجم سوبر ، كما تبدو بعض الصور على هيئة أقواس . لهذا نري صورا متعددة للنجوم وكأنها عنقود يتجمع حول هذا النجم.

Gravitational Lensing

Formalism Strong lensing Microlensing Weak lensing Strong Lens Systems Abell 1689 · Abell 2218 CL0024+17 · Bullet Cluster QSO2237+0305 · SDSSJ0946+1006 B1359+154 · QSO 0957+561 Surveys Strong: CLASS · SLACS · SDSS Micro: OGLE · Pan-STARRS · CFHTLS Weak: DLS · DES · LSST · SNAP · DESTINY

 أمثلة

فالعنقود الكروي (توسكاني) لو نظرنا لصورته سنجده يبعد عنا 13,40 سنة ضوئية. و قطره كما يبدو لنا لايتعدي قطر قمرنا لكنه في الواقع يحتل بالسماء مساحة تعادل 120 سنة ضوئية . وهذه الصورة بلا شك لنجم سوبر قوة جاذبيته بليون مرة جاذبية شمسنا . وهذه الصور التي تبدو لنا وكأنهانجوم عبارة عن صور إنزياحية جاذبيتية لنجوم تقع وراء نجم سوبر داخل قمعه المتعدد الصور والذي يقع خلفه. إلا أن كل صورة نجم ليس لها صورة أخت منزاحة بعيدا عنه كما في النجم السوبر ولكنها صورة إنعكاسية لإتجاهه. لهذا النجم السوبر يظهر في المقاريب كعنقود كروي. وهذه الرؤية البصرية تنطبق علي 200 عنقود كروي في مجرتنا درب التبانة وآلاف العناقيد الكروية الموجودة بالمجرات المجاورة والتي تعتبر عناقيد نجومها وصورها تتركز فوق نجم سوبر. وهذا مايجعل كل من هذه الصور في حركة دورانية عشوائية وغير متزامنة كما نراها في المجرات . والصور التجمعية في هذه العناقيد الكروية نجد ضوءها أكثر إحمرارا بالنسبة للنجوم الفردية في مجرة درب التبانة. وهذا الإحمرار قرينة علي عمرها.

 التأثير الفلكي للنظرية

محاكاة لعدسة جاذبية (ثقب أسود يمر عبر مجرة في الخلفية).

• الصور التجمعية بالعناقيد الكروية وهما سراباً بصرياً بتأثير الجاذبية الهائلة حول النجم السوبر . وهذا يفسر لنا وجود النجوم الزرقاء التي تشاهد مع الصور النجمية داخل العنقود الكروي والتي تبدو أنها أصغر عمرا من النجوم حولها . وفي هذه العناقيد الكروية نجد أن نجومها أكبر كثافة من النجوم في المجرة أو المجرات الأخرى البعيدة. وهذه الكثافة العالية متوقعة لو ان الذي نشاهده صوراً حقيقية لنجوم بعيدة داخل القمع المتعدد الصور. فليس قياس الكثافة في هذه الحالة له حدوداً. مما يجعل الثقوب السوداء التي يُظن أنها تقع في مركز كثير من المجرات أنها عبارة عن نجوم سوبر. وعناقيد النجوم ليست عناقيد نجوم حقيقية. ولكنها عناقيد صور نجوم بعيدة تولدت بتأثير عدسة الجاذبية لنجم سوبر.

• نظرية تأثير عدسة الجاذبية سوف تحدد ملامح المجرات البيضاوية والعنقودية مما سيظهرها كخدع بصرية أو وهم منظور. لأننا لاننظر لها مباشرة ولكننا نري صورها المنزاحة عن مسار ضوئها بواسطة عدسة الجاذبية لتري حسب دوران النجم السوبر حول محوره وحسب رؤيتنا له وموقعها داخل قمعه المتعدد الصور. لهذا نجد أن المجرات والعناقيد تظهر لنا حلزونية أو بيضاوية أو كروية حول إتجاه محور دوران النجم السوبر إلينا.

• لو كان محور دوران النجم السوبر في إتجاه نظرنا من فوق الأرض . فإن حقل جاذبيته في جانبه المقابل لنا سوف يقترب من الأرض بينما يبتعد عنها من جانبه الآخر. والضوء القادم إلينا من الصورالنجمية البعيدة والذي سيمر من حقل الجاذبية المقابل للأرض سوف ينزاح بطيفه ناحية اللون الأزرق ليكون فيه إزاحة زرقاء Blue-shift والضوء القادم من الجانب الآخر من النجم ويمر بحقل الجاذبية حوله ينزاح بطيفه للون الأحمر. وأحيانا نرى نجوما بعيدة سواء في عناقيدها أو مجرات وقد أوجدتها عدسة الجاذبية لنجم سوبر له قوة جاذبية هائلة. وهذا ما يجعل أعداد النجوم بالسماء تقل كثيرا عما نعده أو نتوقعه.

• الجاذبية المقترنة بكل جسم تزيد كلما زادت كتلته. ينطبق ذلك أيضاً على الشمس والنجوم.

• كان يظن أن النباضات Pulsars عبارة عن نجوم نيوترونية دوارة تبث طاقتها النبضية (600 نبضة في الثانية) بإتجاه شمسنا. ويظن أن قطرها 10 ميل فقط . لهذا تدور في حركة مغزلية 600 مرة في الثانية بسرعة تقدر بحوالي 50% من سرعة الضوء. ويعتقد أن النجم النيوتروني هو بقايا نجم عادي (كتلته أكبر 4.2 -10 مرة من كتلة الشمس) استنفد كل وقوده وبرد وتقلص حتي أنهارت كل ذراته بقوي الجاذبية على بعضها في مركزه.

 التطبيقات

Actual gravitational lensing effects as observed by the Hubble Space Telescope in Abell 1689 - Enlarge the image to see the lensing arcs

3D map of the large-scale distribution of dark matter, reconstructed from measurements of weak gravitational lensing with the Hubble Space Telescope.

 انظر أيضاً

• حلقة أينشتاين
• صليب أينشتاين
• Twin Quasar

 أوراق بحث ومراجع تاريخية

• Chwolson, O (1924). "Über eine mögliche Form fiktiver Doppelsterne". Astronomische Nachrichten. 221: 329. doi:10.1002/asna.19242212003.
• Einstein, Albert (1936). "Lens-like Action of a Star by the Deviation of Light in the Gravitational Field". Science. 84: 506–507. doi:10.1126/science.84.2188.506. PMID 17769014.
• Renn, Jürgen (1997). "The Origin of Gravitational Lensing: A Postscript to Einstein's 1936 Science paper". Science. 275: 184–186. doi:10.1126/science.275.5297.184. PMID 8985006. {{cite journal}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)

 المصادر

• كتاب "منظومة الكون الأعظم"، أحمد محمد عوف
• "Accidental Astrophysicists". Science News, June 13, 2008.
• "XFGLenses". A Computer Program to visualize Gravitational Lenses, Francisco Frutos-Alfaro
• "G-LenS". A Point Mass Gravitational Lens Simulation, Mark Boughen.
• Newbury, Pete, "Gravitational Lensing". Institute of Applied Mathematics, The University of British Columbia.
• Cohen, N., "Gravity's Lens: Views of the New Cosmology", Wiley and Sons, 1988.
• "Q0957+561 Gravitational Lens". Harvard.edu.
• "Gravitational lensing". Gsfc.nasa.gov.
• Bridges, Andrew, "Most distant known object in universe discovered". Associated Press. February 15, 2004. (Farthest galaxy found by gravitational lensing, using Abell 2218 and Hubble Space Telescope.)
• Analyzing Corporations ... and the Cosmos An unusual career path in gravitational lensing.
• "HST images of strong gravitational lenses". Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
• "A planetary microlensing event" and "A Jovian-mass Planet in Microlensing Event OGLE-2005-BLG-071" , the first extra-solar planet detections using microlensing.
• Gravitational lensing on arxiv.org
• NRAO CLASS home page
• AT20G survey

 للاستزادة

• Blandford & Narayan (1992). "Cosmological applications of gravitational lensing" (PDF). ARA&A. 30: 311–358. doi:10.1146/annurev.aa.30.090192.001523.
• Matthias Bartelmann and Peter Schneider (2000-08-17). "Weak Gravitational Lensing" (PDF).
• Khavinson, Dmitry; Neumann, Genevra (June/July 2008), "From Fundamental Theorem of Algebra to Astrophysics: A "Harmonious" Path", Notices (AMS) 55 (6): 666–675, http://www.ams.org/notices/200806/tx080600666p.pdf .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 وصلات خارجية

• Video: Evalyn Gates - Einstein's Telescope: The Search for Dark Matter and Dark Energy in the Universe, presentation in Portland, Oregon, on April 19, 2009, from the author's recent book tour.